WO2015022151A1 - Konverter-kühlkörperverbund mit metallischer lotverbindung - Google Patents

Konverter-kühlkörperverbund mit metallischer lotverbindung Download PDF

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    • C04B2237/40—Metallic
    • C04B2237/407—Copper

Definitions

  • the invention relates to a converter-heat sink assembly and a method for producing a converter-heat sink assembly.
  • the invention relates to a ceramic converter, which is connected by a metallic connection to a heat sink.
  • Fluorescence converter generally as a converter
  • electromagnetic radiation of a first wavelength in light of a second wavelength.
  • Primary radiation light source excited at a first wavelength The light of the primary radiation light source is at least partially from the converter into a
  • light conversion devices generally have a heat sink
  • Heat dissipation from the converter are in particular the thermal conductivity of the converter material and the thermal conductivity of the connection between the converter and heat sink.
  • WO 2009/115976 Al describes a device for light conversion, in which the converter in
  • Individual sections is divided. By dividing the converter material into smaller individual sections, rapid heat dissipation from the converter via the element for heat dissipation into the heat sink is to be ensured. These individual converter sections are in contact with a thermally conductive and reflective material.
  • connection between converter and heat sink must meet optical requirements, in particular a sufficiently high reflection. That's how it works
  • Light parts of the secondary light are not emitted in the direction of use, but in the direction of the heat sink. In order to use these light components, they should be reflected by the heat sink.
  • Connection between converter and heat sink has a high reflectivity and both the connection between the converter and heat sink and the entire system has a low thermal resistance and high
  • Another object of the invention is to provide a method for producing a corresponding converter-heat sink assembly.
  • the converter-heat sink assembly comprises a ceramic converter, a metal-containing
  • the ceramic converter converts light of a first wavelength at least partially into light of a second wavelength.
  • the use of a ceramic converter is particularly advantageous, since these are distinguished not only by high temperature stability but also by good thermal conductivity.
  • the high thermal conductivity favors it the heat dissipation within the converter towards the
  • the thickness of the converter is 50 .mu.m to 500 .mu.m, preferably 150 .mu.m to 250 .mu.m. In this case, with decreasing thickness of the converter, the influence of the
  • the surface of the ceramic converter is at least partially coated directly with a metallic coating.
  • the metallic coating preferably contains at least one metal selected from the group comprising the elements silver, gold and platinum and is reflective.
  • the reflectance of the metallic coating is at least 50%, preferably
  • Another way of evaluating the reflection may be via the evaluation of the color shift, by the
  • the converter When the converter is irradiated with light of a first wavelength (e.g., blue light), it is partially absorbed and placed in secondary light with a light source
  • a first wavelength e.g., blue light
  • the converter does not or hardly absorbs the secondary radiation, a significant part reaches the back of the converter. If a reflector is present there, this light is deflected back in the emission direction and contributes - possibly after several scattering and reflection processes - to the useful luminous flux, which has a specific color locus. Is the reflectance of this Back reflector less than 100% or not available, so the proportion of the secondary light in
  • Color locus shift in the color locus is thus a measure of the quality of the reflector.
  • the quality of the reflection can thus be determined by the figure of merit FOM CIE - rx , defined as c g ⁇ measurement sample) - c (fie / 0fi )
  • the size c x (measurement sample) is that determined in remission, intended for the CIE 1931 standard color system color locus of provided with the silver-containing coating converter.
  • c x (Ref HR ) is the determined color locus of the converter, which was determined on an Alanod mirror with 98% reflectance applied or applied,.
  • c x (Refo R ) is the determined color locus of the converter, which was determined lying on a dark background or a light trap,.
  • the FOM CIE is above 40% and in particular above 60%.
  • the secondary light Lichtström can be used directly for the evaluation. This is particularly appropriate for converters in which the excitation light is almost completely absorbed and converted and whose color locus is therefore almost identical to the color locus of the pure emission spectrum. Then the metrological Very simple evaluation of the Farbortshift and the FOM CIE - CX because of the then hardly existing Farbortshifts no longer possible.
  • the quality of the reflection can thus alternatively via the figure of merit
  • the individual measurements to be made must be equal to the irradiation of the converter with the excitation light and in particular its power.
  • Luminous flux secondary (measuring sample) is the secondary luminous flux of the converter provided with the silver-containing coating.
  • Luminous flux secondary (ReffjR) is the secondary luminous flux of the converter, which depends on a highly reflective
  • Reference levels e.g. Was placed or applied on a Alanod mirror with 98% reflectance.
  • Luminous flux secondary är (Ref 0 R) is the secondary luminous flux which has been determined on the lying on a dark background or a light trap converters. According to one embodiment, the figure of merit is
  • the converter-heat-sink assembly according to the invention, parts of the metal-containing coating are connected to the heat sink via a metallic solder connection.
  • the converter-heat-sink assembly according to the invention has a connection of the converter to the heat sink via a metal connection.
  • Heat transfer coefficient WÜK the converter heatsink composite allows. This value is due to the good thermal conductivity of the metallic coating and the solder joint in particular on the
  • the thermal resistance R t h is the quotient of the temperature difference between the heat source and the heat sink and that flowing from the heat source to the heat sink
  • thermal resistance thus decreases in proportion to the area available for the heat transfer and increases in proportion to the thickness of the contact area.
  • thermal resistances of the interfaces must be
  • the heat transfer coefficient WÜK is defined, in which the heat transfer and the heat transfer at the interface should be subsumed here.
  • Converter-heat sink assembly according to one embodiment a heat transfer coefficient WÜK of at least 25,000 W / Km 2 , according to the invention also converters with different thicknesses can be used.
  • the heat transfer coefficient is WÜK
  • the metal-containing coating shows a high degree of reflection, so no additional mirror or
  • the inventive construction of the converter-heat sink assembly can be dispensed with organic adhesion promoters such as epoxy or silicone based adhesive.
  • organic adhesion promoters such as epoxy or silicone based adhesive.
  • the metal-containing coating is a silver-containing coating
  • the coating Due to its good thermal conductivity, the easy processability is the use of a silver-containing coating particularly advantageous. In addition, a coating can thus be obtained which has a high degree of reflection and has no or only a very small influence on the color locus of the useful light.
  • the coating preferably has one
  • the layer thickness of the metal-containing coating is in the range of 50 nm to 30 ⁇ m, preferably 2 to 20 ⁇ m, and particularly preferably 8 to
  • the glass transition temperature T g or of the glass used is in the range from 300 to 600 ° C., preferably in the range from 400 to 560 ° C. This ensures that in the course of the metallization process comprising steps c) and e) (coating + sintering process) the glass component
  • the wetting of the converter surface at the corresponding boundary surfaces to the metal-containing coating as well as the formation of a substantially homogeneous silver layer can be improved by the sintering process.
  • This in turn has a positive effect on the thermal and optical properties of the converter-heat sink assembly.
  • the glass content is preferably 0.2 to 5 wt .-%.
  • the use of a metal-containing coating, which additionally comprises glass components makes it possible to exploit the optical reflection at the glass / converter interface and thus to increase the reflectance of the metal-containing coating.
  • Particularly advantageous here is the use of glasses having a refractive index n D 2o in the range of 1.4 to 2.0, in particular by using glasses with a
  • Refractive index n D 2o in the range of 1.4 to 1.6
  • the glass component of the metal-containing coating comprises a ZnO, a SO 3 or a silicate-based glass, since these have both advantageous glass transition temperatures and suitable refractive indices.
  • Particularly preferred glass as a silicate-based glass in particular a glass with a S1O2 content greater than 25 wt .-% is used.
  • Corresponding glasses are also under the conditions of the manufacturing process,
  • Solder bond between metal-containing coating and heat sink Shares of a tin-containing, lead-free solder. This ensures a good thermal as well
  • the heat sink has a thermal conductivity> 300 W / mK.
  • the heat sink contains copper or a copper-containing material.
  • the heat sink in addition to a low thermal
  • the heat sink is made of a composite material of a copper-containing core and one on top
  • the coating can thus minimize corrosion effects due to environmental influences.
  • the thermal conductivity of the connection of the converter to the heat sink can further on hand of the
  • FOM W derwireitung C y i - C y 2 are defined, where determined as c y i color locus of the converter-heat sink composite according to the invention at an incident power Pi and as c y 2 of the determined
  • P2 is the power used in the operation of the converter unit, Pi is a lower by at least a factor of 7, at which no appreciable thermal quenching occurs yet.
  • the value for the FOM W is ärmeieitung at most 0:04, more preferably at most 00:02.
  • the heat sink may be connected to a heat sink or designed as a heat sink.
  • the converter-heat sink assembly can be operated both in transmission and in remission.
  • Coating laterally structured on the converter ie only portions of the converter surface are provided with the metal-containing coating. especially the Surfaces of the converter, which are located in the beam path of the primary light source, have no metalliferous coating.
  • the converter-heat sink assembly is operated in remission.
  • the side or sides of the converter facing away from the primary light source is or are provided with the metal-containing coating, so that the light is reflected.
  • the converter-heat sink assembly with a square converter area of 5.2mm x 5.2mm, with a converter thickness of 200ym and with uniform heat input over this area a thermal resistance ⁇ 3 K / W, preferably ⁇ 2 K / W, and particularly preferred ⁇ 1.5 K / W.
  • the invention relates to a method for producing a composite comprising a ceramic converter, a metal-containing, reflective coating for heat dissipation and a heat sink connected to the metal-containing coating via a solder joint as a further element for heat dissipation.
  • a method according to the invention comprises at least the method steps a) to f).
  • step a) first a ceramic converter with at least one polished surface is provided.
  • Converter material allows besides the use of primary light sources with high luminance (e.g.
  • Step b) involves the provision of a
  • the metal-containing paste comprises a metal powder in an organic pasting medium.
  • Is solvent mixture and / or IR-dryable e.g., Johnson Matthey 650-63 IR Medium Oil-based, Okuno 5000.
  • IR-dryable e.g., Johnson Matthey 650-63 IR Medium Oil-based, Okuno 5000.
  • the metal powder preferably contains at least one metal from the group comprising the elements silver, gold and platinum or alloys thereof.
  • silver powder is used
  • silver has both a high thermal conductivity and a high thermal conductivity
  • the metal paste provided in step b) contains a silver content of 70 to 90% by weight, preferably 80 to 85% by weight.
  • the proportion of organic Anpastmedium is 10 to 30 wt .-%,
  • Converter surface applied (step c).
  • the paste is preferably applied to the converter surface by a printing process, in particular by a screen printing process. This makes it possible, in a surprisingly simple manner, a lateral structure of the coating on the
  • step d) the on the converter surface
  • the paste is preferably dried at temperatures in the range from 150 to 400 ° C., particularly preferably at temperatures in the range from 250 to 300 ° C.
  • Drying time depends on the solvent content in the applied paste and is typically between 5 and 30 min.
  • step e) the applied paste is baked at temperatures> 450 ° C, resulting in a good thermal and mechanical bonding of the coating thus formed to the converter , The high
  • Firing temperatures also cause a sintering of the metal particles contained in the metal powder.
  • the resulting sintered structure has a relatively high homogeneity and leads to the good reflection properties of the so obtained coating.
  • Einbrandtemperaturen in the range of 700 ° C to 1000 ° C proved to be particularly advantageous.
  • the metal powder can be largely or partially melted, so that the ceramic converter is wetted by the metal at the interface.
  • the metal particles contained in the paste merely sinter together.
  • the thus coated converter is connected in step f) to the heat sink to form a solder joint.
  • the heat sink is soldered using a solder to the coating obtained in step e) using a preferably tin-containing, lead-free solder.
  • Step b) additionally provided a paste
  • the glass content leads to a
  • the metallic reflector can be applied several times. To Paste is again applied (step c) either after the paste has dried (step d) or after the paste has been burned in (step e) and as described
  • the glass content is 0.05 to 8 wt .-%, preferably 0.1 to 6 wt .-%, particularly preferably 0.2 to 5 wt .-% is. This glass content has been found to be advantageous, since on the one hand the glass content is sufficient to the adhesion of the coating to the
  • this is in the paste
  • Glass contained a glass transition temperature Tg in the range of 300 to 600 ° C, preferably in the range of 350 to 560 ° C.
  • the glass powder used in step b) is preferably a PbO, a B1 2 O 3 , a ZnO, an SO 3 or a silicate-based glass. These glasses have turned in
  • a silicate-based glass in particular a glass having a SiO 2 content of at least 25% by weight, is used in step b).
  • Corresponding glasses have besides advantageous refractive index and softening temperatures also among the
  • step e firing conditions (step e)) a high resistance to redox processes involving the metal and / or the ceramic converter.
  • the converter-heat-sink assembly according to the invention can be used in particular for laser headlights and headlamps, in particular spotlights for stage lighting.
  • a further field of application are projectors. These can be projectors that project images in alternating directions (spinning projectors) as well as projectors that project the images in one direction only (static). Furthermore, the
  • optical metrology can be used.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a glued
  • FIG. 2 is a schematic representation of a first
  • FIG. 3 is a schematic representation of a second
  • Fig. 4 is a schematic representation of a third
  • FIG. 5 shows a graphical comparison of the temperature and power stability of a glued converter-heat sink assembly (FIG. 5a) and a converter-heat sink assembly according to the invention (FIG. 5b), FIG.
  • FIGS. 6a and 6b show a graphic comparison of FIG
  • Fig. 10 is a graph of refractive indices and softening temperatures of various glasses
  • FIGS. 13 and 14 representations of the quality of various embodiments of converters with a metallic coating evaluated via the color locus.
  • Fig. 1 shows the schematic representation of a known from the prior art converter-heatsink assembly in remission arrangement.
  • the converter 2 is in this case on the side facing away from the primary light source 1 or
  • the mirror 4 ensures that the secondary light 6 formed in the converter 2 and not
  • FIG. 2 is a schematic representation of a
  • Embodiment of the converter heat sink assembly according to the invention shown in remission arrangement.
  • Heatsink 5 are connected to each other via a solder connection 8.
  • the metal-containing coating 7 is here reflecting and thus replaces the mirror 4 shown in FIG.
  • FIGS 3 and 4 show the structure of two
  • the metal-containing coating 7 is here on the
  • Coating 7 is applied.
  • the metal-containing coating 7 applied to the converter 2 has partial regions which are not connected to the heat sink 5 via a solder connection 8, for example on the
  • the metal-containing coating 7 prevents leakage of the secondary radiation 6 on the side surfaces of the converter 2, in which it reflects the radiation.
  • the lateral shown in Fig. 3 leads
  • Fig. 4 shows the schematic representation of a
  • Embodiment in transmission in which the converter 2 is cone-shaped.
  • the side surfaces of the cone are provided with the metal-containing coating, which in turn is connected by the solder connection 8 to the heat sink.
  • the color locus shift of the converter is a function of the irradiated laser power shown at different temperatures.
  • Fig. 5a shows the temperature-power characteristic of a
  • FIG. 5b shows the temperature-performance curve of an embodiment of the converter-heat-sink assembly according to the invention as shown in FIG. 2.
  • the converters used in each case have the same composition and thickness.
  • the color locus shift as a function of the incident on a small excitation spot laser power can be used to evaluate the thermal conductivity. With low heat conduction, the converter heats up so much at relatively low laser power that the
  • FIGS. 5a and 5b This difference is shown in FIGS. 5a and 5b in FIG.
  • Conversion efficiency of the variant according to the invention takes place only at significantly higher laser powers than in the glued variant.
  • a Farbortshift of Dcy> 0.02 is achieved at a laser current of about 1000mA, while the Farbortshift in the inventive solution even at the maximum realizable laser current of 1400mA still Dcy ⁇ 0.02.
  • a color shift of Dcy> 0.02 is already achieved in the glued variant at a laser current of about 820mA, while in the variant according to the invention only at 1200 mA is the case.
  • FIG. 6 shows a comparison of the color locus (FIG. 6 a) and of the secondary luminous flux (FIG. 6 b) of converter-heat sink assemblies with and without reflector or
  • Paste reflectors at the internal ceramic-reflector interface is not trivial because the ceramic is a translucent medium with high refractive index and slightly porous surface. So you can not assume that the rating is transparent
  • Substrate of similar refractive index e.g., Sapphir or Cleartrans glass-ceramic
  • Fig. 6a shows an evaluation of the chromaticity shift caused by the reflector
  • Blue light converter (e.g., a wavelength of
  • Color locus shift in the color locus diagram (eg CIE1931 / 2 0 - observer) is thus a measure of the quality of the reflector.
  • the converter should be sized so thick or sufficiently fluorescence-active
  • Reflector also reflects shares of blue light, is the Farbortshift a suitable measure.
  • the advantage of color location shift assessment is that the color location measured at low power levels is one of
  • FIG. 6 a shows the color loci measured in remission of a 200 ⁇ m thick converter irradiated with blue laser light of the 450 nm wavelength, which is once located on a very highly reflecting metal mirror (Alanod Miro Silver) and once lying on a black base.
  • These color loci represent the reference color loci in the case of one high-reflectance mirror and one not
  • the metal-containing coating thus shows a significantly increased reflection in comparison to the black one
  • Fig. 6b shows an alternative evaluation possibility of the metallic coating on the secondary light flux.
  • the measurement was performed with a
  • Luminance camera performed in which over a Camera optics of a spot on the
  • emitted light flux is detected by a spectrophotometer. About the detected spectrum is then the
  • FIG. 7 shows SEM cross-sectional images (FIB sections) of ceramic converter 9 with sintered silver-containing coatings 10.
  • the thickness of coating 10 is 9 (FIGS. 7a) and 11 ⁇ m (FIG. 7b).
  • the coatings in FIGS. 7a and 7b differ by the
  • Coating has a sintered structure, wherein the metal particles present before the firing were largely sintered together, so that the coating has a relatively high homogeneity. The mainly on the
  • Interface 11 between silver-containing coating and ceramic converter occurring cavities 12 or so-called. Voids are process-related.
  • Fig. 7a a SiO 2 tungsten layer 16 can be seen, which is applied by FIB before the cross-sectional preparation in order to improve the quality of the cross-sectional image, which is not part of the metallic reflector.
  • FIGS. 8a to 8c likewise show SEM cross-sectional images (FIB section) of a ceramic
  • Converter 9 with a silver-containing coating 10 wherein the coatings in Figs. 8a to 8c differ by the glass content in the coating.
  • the coating 10 shown in Fig. 8a there is no glass
  • the glass content causes a better sintering of the metal particles with each other.
  • Fig. 9 shows the normalized reflection spectra
  • Embodiment 1 contains no glass while the
  • Embodiment D contains Bi 2 ⁇ 0 3 -based glass and is based on the
  • Fig. 10 shows graphically the relationship between
  • Refractive index and softening temperature of various types of glass used in the following embodiments.
  • Table 2 shows various embodiments A to I, which differ with regard to the type of glass used and the glass content.
  • the stated proportions by weight are based on the paste provided in process step b).
  • the unlisted remainder of the composition includes the organic
  • Fig. 11 shows the schematic structure of a complex converter-heat sink assembly with localized
  • Heat input 1 (eg via a laser spot) in the converter 2.
  • a 200 ym thick converter on the side facing away from the primary light source 1 side coated with a metal-containing coating 7, which via a metallic solder connection 8 (not shown in FIG ) is connected to a spatially limited heat sink 5.
  • the heat sink 5 is connected to a heat sink 14.
  • the heat flow is represented by the arrows 15.
  • the arrows 15 indicate the expansion of the heat flow in the converter-heat sink assembly.
  • thermal resistance determined on such an arrangement represents only a figure of merit for the real thermal performance of the overall composite with localized heat input, which depends strongly on the thickness of the converter and the geometry of the laser spot.
  • Fig. 12 shows schematically a structure with which the
  • thermal resistance of a converter-heat sink composite shown in Fig. 2 regardless of the optical arrangement in which it is operated, can be evaluated.
  • a device under test e.g., a soldered-on converter
  • it is soldered to a Cu support and soldered to one side
  • Heat source on the other side brought into contact with a heat sink.
  • the heat flow is through a
  • the temperature measuring points T1 / T2 are available for determining the heat flow at an upper measuring resistor.
  • T5 / T6 are the measuring points of a lower measuring resistor.
  • the object to be measured is between Cu carriers with the temperature measuring points T3 and T4, to which Temperature difference T3-T4 is determined. This is shown in FIG. 12.
  • the quotient of temperature difference and heat flow is the thermal resistance of the DUT.
  • the reciprocal of the thermal resistance divided by the area of the DUT gives the WÜK.
  • Measurement 1 On ceramic support (T3 / T4) soldered ceramic converter with dimensions 5.2mm x 5.2mm, the
  • Measurement 2 The Cu supports (T3 / T4) directly connected with two-component adhesive.
  • thermal resistance of a converter-heat sink assembly results in this experiment from 0.5 * (thermal resistance of measurement 1 - thermal
  • the thermal measuring resistor for measuring the heat flow is made of steel 1.4841 (material name X 15 CrNiSi 25 20). It is 10mm in diameter, 10mm long and has two holes for thermocouples spaced 7mm apart. About the thermocouples at a distance of 7mm is a
  • the thermal resistance of this "measuring resistor” is in the range up to 100 ° C at 7.5 ° C to 10 K.
  • Table 4 shows the dependence of the thermal resistance of the measuring resistor on the
  • Optoceramic 6 0.2 5, 2x5, 2 27.04 1.2 30000
  • Embodiment Connecting the metal-containing
  • Solder paste (Heraeus F169 SA40C5-86 D30) is applied to the soldering template and laced over the openings.
  • soldering converters with a metallic reflector it can be seen that the solderability strongly depends on the glass content used in the paste. Ag pastes with silicate glass content show, for example, at a relatively high glass content of 1.5 wt .-%, a poor wetting during the soldering process. As the proportion of glass decreases, the wetting improves. Even a glass-free Ag paste shows excellent wetting. In a glass-free Ag paste, however, the reflection is due to the soldering process
  • Soldering process must be coordinated. at Using another lot or another
  • Converter heatsinks produced by this soldering process were subjected to two cycles per day for 10 days in a thermal cycle test from -40 ° C to + 160 ° C, without the converter dissolving from the heat sink in any of 20 tested converter heatsinks.
  • a soldering oven for the soldering process is used instead of the heating plate. This can better achieve the required for the solder heating curves.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbund, umfassend einen keramischen Konverter zur Umwandlung von Licht einer ersten Wellenlänge in Licht einer zweiten Wellenlänge, eine metallhaltige, reflektierende Beschichtung und einen Kühlkörper. Die Oberfläche des keramischen Konverters ist zumindest teilweise mit der metallhaltigen, reflektierenden Beschichtung beschichtet, wobei die Beschichtung die Wärme aus dem Konverter in den Kühlkörper ableitet. Der Kühlkörper und die metallhaltige, reflektierende Beschichtung sind über eine metallische Lötverbindung miteinander verbunden. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundes, umfassend einen keramischen Konverter, einen metallhaltige, reflektierende Beschichtung und einen Kühlkörper, mit den folgenden Verfahrensschritten: a) Bereitstellen eines keramischen Konverters mit zumindest einer polierten Oberfläche, b) Bereitstellen einer Paste, enthaltend ein Metallpulver und ein organisches Pastenfluid, c) Aufbringen der Paste auf zumindest einen Teil der polierten Konverteroberfläche, d) Trocknen der Paste, e) Einbrennen der Paste bei Temperaturen > 450°C, und f) Verbinden des Kühlkörpers mit der eingebrannten Paste durch Löten unter Verwendung eines metallischen Lotes.

Description

Konverter-Kühlkörperverbund mit metallischer
Lotverbindung
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Im Allgemeinen betrifft die Erfindung einen Konverter- Kühlkörperverbund sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Konverter-Kühlkörperverbundes .
Im speziellen betrifft die Erfindung einen keramischen Konverter, welcher durch eine metallische Anbindung mit einem Kühlkörper verbunden ist.
Hintergrund der Erfindung
Fluoreszenzkonverter, allgemein auch als Konverter
bezeichnet, werden zur Konversion von Licht (bzw .
elektromagnetische Strahlung) einer ersten Wellenlänge in Licht einer zweiten Wellenlänge eingesetzt.
Hierbei wird der Konverter durch eine
Primärstrahlungslichtquelle mit einer ersten Wellenlänge angeregt. Das Licht der Primärstrahlungslichtquelle wird dabei zumindest teilweise vom Konverter in eine
Sekundärstrahlung mit einer zweiten Wellenlänge
umgewandelt. Ein Teil der eindringenden Lichtleistung wird im Konverter dabei in Wärme umgewandelt. Diese muss dabei möglichst effizient aus dem Konverter abgeführt werden, um eine zu starke Temperaturerhöhung im Konverter zu
vermeiden, da dies, abhängig vom verwendeten Konvertermaterial zu einer Zerstörung des
Konvertermaterials führen kann. Zudem nimmt auch bei
Konvertern mit einer vergleichsweise hohen thermischen Zerstörschwelle die Konversionseffizienz mit zunehmender Temperatur ab. Dieser Effekt ist dabei auf das sog.
"thermal quenching" zurück zu führen.
Um die oben beschriebenen nachteiligen Auswirkungen zu minimieren bzw. zu vermeiden weisen Vorrichtungen zur Lichtkonversion im allgemeinen einen Kühlkörper,
beispielsweise in Form einer Wärmesenke auf, mit dessen Hilfe die Wärme aus dem Konvertermaterial abgeleitet werde kann. Entscheidende Faktoren für eine effiziente
Wärmeableitung aus dem Konverter sind dabei insbesondere die Wärmeleitfähigkeit des Konvertermaterials sowie die Wärmeleitfähigkeit der Verbindung zwischen Konverter und Kühlkörper .
Die WO 2009/115976 AI beschreibt eine Vorrichtung zur Lichtkonversion, bei welcher der Konverter in
Einzelabschnitte unterteilt ist. Durch die Unterteilung de Konvertermaterials in kleinere Einzelabschnitte soll dabei eine zügige Wärmeableitung vom Konverter über das Element zur Wärmeableitung in die Wärmesenke gewährleistet werden. Diese einzelnen Konverterabschnitte stehen in Kontakt mit einem wärmeleitenden und reflektierenden Material.
Eine im Stand der Technik beschriebene Möglichkeit zur thermischen Anbindung von Konvertern an Kühlkörper besteht in der Verwendung eines Klebers, beispielsweise auf Epoxid oder Silikonbasis. So beschreibt beispielsweise die US 201257364 A die thermische Anbindung eines Konverters durch einen Kleber, welcher wärmeleitende Füllstoffe enthält. Die Klebschicht trägt jedoch maßgeblich zum thermischen Widerstand des Gesamtsystems bei, so dass die zulässige Leistung des Anregungslichtes und somit auch die zu erzielenden Lichtströme und Leuchtdichten hierdurch limitiert werden. Zudem stellt die Klebverbindung zumeist einen limitierenden Faktor für die Lebensdauer des
Gesamtsystems dar.
Des Weiteren muss die Verbindung zwischen Konverter und Kühlkörper optische Anforderungen, insbesondere eine ausreichend hohe Reflexion, erfüllen. So wird das
Sekundärlicht im Konverter lokal isotrop abgestrahlt, so dass beispielsweise bei einer Anordnung in Remission
Lichtteile des Sekundärlichts nicht in Nutzrichtung, sondern in Richtung des Kühlkörpers emittiert werden. Um auch diese Lichtanteile nutzen zu können, sollten diese vom Kühlkörper reflektiert werden.
Dies wird im Stand der Technik dadurch gelöst, dass ein Spiegel verwendet wird. Dieser wird zumeist mit einer dünnen Klebschicht (z.B. auf Basis eines Silikon- oder Epoxyklebers ) auf dem Kühlkörper aufgebracht.
Aufgabe der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Konverter Kühlkörperverbund bereitzustellen, bei dem Kühlkörper un Konverter derart miteinander verbunden sind, dass die
Verbindung zwischen Konverter und Kühlkörper ein hohes Reflexionsvermögen aufweist und sowohl die Verbindung zwischen Konverter und Kühlkörper als auch das Gesamtsystem einen geringen thermischen Widerstand sowie eine hohe
Lebensdauerprognose aufweist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines entsprechenden Konverter- Kühlkörperverbundes .
Die Aufgabe der Erfindung wird bereits durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildung sind Gegenstand der
Unteransprüche .
Beschreibung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Konverter-Kühlkörperverbund umfasst einen keramischen Konverter, eine metallhaltige
Beschichtung sowie einen metallischen Kühlkörper. Die
Oberfläche des keramischen Konverters ist zumindest
teilweise unmittelbar mit der metallhaltigen Beschichtung beschichtet und der Kühlkörper ist über eine metallische Lotverbindung mit der metallhaltigen Beschichtung
verbunden .
Der keramische Konverter wandelt dabei Licht einer ersten Wellenlänge zumindest teilweise in Licht einer zweiten Wellenlänge um. Die Verwendung eines keramischen Konverters ist besonders vorteilhaft, da sich diese neben einer hohen Temperaturstabilität durch eine gute Wärmeleitfähigkeit auszeichnen. Die hohe Wärmeleitfähigkeit begünstigt dabei die Wärmeabfuhr innerhalb des Konverters hin zum
Kühlkörper. Somit können beispielsweise auch Aufbauten mit vergleichsweise dicken Konvertern verwendet werden. Gemäß einer Ausführungsform beträgt die Konverterdicke 50ym bis 500 um, bevorzugt 150ym bis 250ym μιη. Hierbei gilt, dass mit abnehmender Dicke des Konverters der Einfluss der
Wärmeleitfähigkeit der metallischen Beschichtung sowie der Verbindung zum Kühlkörper zunimmt, da dann der thermische Widerstand des Konverters weniger ins Gewicht fällt.
Die Oberfläche des keramischen Konverters ist zumindest teilweise unmittelbar mit einer metallischen Beschichtung beschichtet. Die metallische Beschichtung enthält bevorzugt zumindest ein Metall ausgewählt aus der Gruppe umfassend die Elemente Silber, Gold und Platin und ist reflektierend.
Gemäß einer Ausführungsform beträgt der Reflexionsgrad der metallischen Beschichtung zumindest 50 %, bevorzugt
zumindest 60% und besonders bevorzugt zumindest 75% der Reflexion eines Spiegels der Firma Alanod.
Auf Grund der teilweise geringen Transparenz der
keramischen Konverter wurden dabei zur Bestimmung der
Reflexionsgrade der erfindungsgemäßen metallhaltigen
Beschichtungen diese nicht auf dem keramischen
Konvertersubstrat, sondern auf einem transparenten
Glaskeramiksubstrat (Cleartrans) aufgebracht und dann durch das Konvertersubstrat hindurch auf ihre
Reflexionseigenschaften hin untersucht.
Dazu wurden die Remission der Proben im Spektralphotometer Lambda 950 mit einer Integrationskugel gemessen. Als Referenzmessungen wurde einmal als 100%-Referenz eine Probe gemessen, bei der ein hochreflektierender Spiegel der Firma Alanod hinter einem unbedruckten Cleartrans-Substrat angeordnet war (Ref_HR) und einmal als Nullreferenz ein blankes, nicht bedrucktes Cleartrans-Substrat (Ref OR) gemessen .
Die Normierung der Spektren erfolgte für jede Wellenlänge nach der Vorschrift
R( ess-probe) - R(Refas)
1norvmert
R(RefHR)-R(ßef0S)
Da der Reflexionsgrad des Referenzspiegels der Firma Alanod bei 98% liegt, ist dieser normierte Reflexionsgrad nahezu gleich dem absoluten Reflexionsgrad.
Eine weitere Möglichkeit zur Bewertung der Reflexion kann über die Bewertung des Farbortshifts , der durch den
Reflektor hervorgerufen wird erfolgen, sofern im
Konverterspektrum noch Anteile des Anregungslichts
vorhanden sind. Wird der Konverter mit Licht einer ersten Wellenlänge (z.B. blaues Licht) bestrahlt, so wird dieses teilweise absorbiert und in Sekundärlicht mit einer
zweiten, größeren Wellenlänge (z.B. in gelbes Licht) umgewandelt. Dieses Licht wird im Konverter isotrop
ausgestrahlt. Da der Konverter die Sekundärstrahlung nicht oder kaum absorbiert, erreicht ein nennenswerter Teil die Rückseite des Konverters. Ist dort ein Reflektor vorhanden, wird dieses Licht in Abstrahlrichtung zurückgelenkt und trägt - ggf. nach mehreren Streu- und Reflexionsvorgängen - zum Nutzlichtstrom bei, der einen bestimmten Farbort aufweist. Ist der Reflexionsgrad dieses Rückseitenreflektors geringer als 100% oder gar nicht vorhanden, so wird der Anteil des Sekundärlichtes im
Nutzlicht verringert. Im o.g. Beispiel wird somit der gelbe Lichtanteil im Nutzlicht reduziert und der Farbort
verschiebt sich in Richtung des blauen Lichts. Die
Farbortverschiebung im Farbortdiagramm ist also ein Maß für die Güte des Reflektors.
Die Güte der Reflexion kann somit über die Gütezahl FOMCIE- rx , definiert als cg{Messprobe)— c (fie/0fi )
FOMcl
bestimmt werden. Die Größe cx (Messprobe) ist der der in Remission ermittelte, für das CIE 1931 Normfarbsystem bestimmte Farbort des mit der silberhaltigen Beschichtung versehenen Konverters. cx(RefHR)ist der ermittelte Farbort des Konverters, welcher auf einem Alanod-Spiegel mit 98% Reflexionsgrad aufgelegt oder aufgebracht bestimmt wurde, . cx(RefoR)ist der ermittelte Farbort des Konverters, welcher auf einem dunklen Hintergrund bzw. einer Lichtfalle liegend bestimmt wurde, .
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung liegt die FOMCIE_ im oberhalb von 40% und insbesondere oberhalb von 60%.
Alternativ kann auch direkt der Sekundärlicht-Lichtström zur Bewertung herangezogen werden. Dies ist insbesondere bei Konvertern angebracht, bei denen das Anregungslicht nahezu vollständig absorbiert und konvertiert wird und deren Farbort daher nahezu identisch mit dem Farbort des reinen Emissionsspektrums ist. Dann ist die messtechnisch sehr einfache Bewertung über den Farbortshift und die FOMCIE-CX wegen des dann kaum noch vorhandenen Farbortshifts nicht mehr möglich.
Die Güte der Reflexion kann somit alternativ über die Gütezahl
POM
_ 1 idttstr omS(Mlr (M esspro be) - LichtstromSektmdtr (R efm)
Licktstroms u^ (RefHS) - Lic tstroms,kundtr (Refm) bestimmt werden. Der Sekundärlichtstrom wird durch
spektrales Herausfiltern des unter Umständen noch
verbliebenen Anregungslichts aus dem vom Konverter zur Messeinrichtung emittierten Gesamtlichtstrom bestimmt.
Bei allen für die Messung der FOMSekundäriichstrom
durchzuführenden Einzelmessungen muss die Bestrahlung des Konverters mit dem Anregungslicht und insbesondere dessen Leistung gleich sein.
Lichtstromsekunciär (Messprobe) ist der Sekundär-Lichtstrom des mit der silberhaltigen Beschichtung versehenen Konverters. Lichtstromsekunciär (ReffjR) ist der Sekundär-Lichtstrom des Konverters, der auf einen hochreflektierenden
Referenzspiegel, z.B. auf einem Alanod-Spiegel mit 98% Reflexionsgrad aufgelegt oder aufgebracht wurde.
LichtstromSekundär (Ref0R) ist der Sekundär-Lichtstrom welcher an dem auf einem dunklen Hintergrund bzw. einer Lichtfalle liegenden Konverter bestimmt wurde. Gemäß einer Ausführungsform liegt die Gütekennzahl
FOM_Sekundärlichtstrom der metallischen Beschichtung oberhalb von 40% und insbesondere oberhalb von 60%.
Erfindungsgemäß sind Teile der metallhaltigen Beschichtung über eine metallische Lotverbindung mit dem Kühlkörper verbunden. Dadurch weist der erfindungsgemäße Konverter- Kühlkörperverbund eine Anbindung des Konverters an den Kühlkörper über eine Metallanbindung auf. Durch die
erfindungsgemäß verwendeten Metalle besteht somit zwischen Konverter und Kühlkörper eine Verbindung, welche einen geringen thermischen Widerstand aufweist.
Hierdurch wird ein hoher thermischer
Wärmeübertragungskoeffizient WÜK des Konverter- Kühlkörperverbundes ermöglicht. Dieser Wert ist auf Grund der guten Wärmeleitfähigkeit der metallischen Beschichtung sowie der Lotverbindung insbesondere auf den
Wärmeübertragskoeffizienten des keramischen Konverters zurückzuführen und damit stark von dessen Dicke abhängig.
Der thermische Wärmeübertragungskoeffizient WÜK ergibt sich dabei wie folgt:
Der thermische Widerstand R th ist der Quotient aus der Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Wärmesenke und dem von der Wärmequelle zur Wärmesenke fließenden
Wärmestrom:
AT
Q
Für einen homogenen Körper der Dicke d und der
Querschnittsfläche A, der von einem über die Fläche A gleichmäßigen Wärmestrom Q durchflössen wird, gilt die folgende Beziehung zur Wärmeleitfähigkeit λ des Materials d
R
λ A
Der thermische Widerstand sinkt somit proportional zur Fläche, die für den Wärmedurchgang zur Verfügung steht und steigt proportional zur Dicke der Kontaktfläche. Zudem müssen thermische Widerstände der Grenzflächen
berücksichtigt werden.
Um einen flächenunabhängigen Parameter anzugeben, wird der Wärmeübertragungskoeffizienz WÜK definiert, in dem hier der Wärmedurchgang und der Wärmeübertrag an der Grenzfläche subsummiert werden soll.
W1K =
ΑΔΤ AT
Wie oben gilt für einen homogenen Körper der Dicke d, der von einer homogenen Wärmestromdichte q
Figure imgf000012_0001
durchflössen wird, die folgende Beziehung:
1 λ
W K =
d
Bezogen auf einen 200 um dicken Konverter weist der
Konverter-Kühlkörperverbund gemäß einer Ausführungsform einen Wärmeübertragungskoeffizienten WÜK von zumindest 25000 W/Km2 auf, wobei erfindungsgemäß auch Konverter mit anderen Dicken verwendet werden können. Bevorzugt liegt der Wärmeübertragungskoeffizient WÜK
(gemessen an einem Referenzsystem mit einem 200 um dicken Konverter) im Bereich zwischen 25000 und 32000 W/Km2.
Dies ermöglicht die Realisierung von hohen optischen Leistungsdichten. Beispielsweise ergibt sich bei einem WÜK von 30000 W/m2K und einer maximal zu tolerierendem
Temperaturdifferenz von 120 °C eine maximale thermisch ableitbare Leistung von 3, 6W/mm2. Da nur etwa 1/3 der optischen Leistung thermisch abzuleiten ist, können in diesem Beispiel optische Leistungsdichten von bis zu
10W/mm2 realisiert werden.
Weiterhin zeigt die metallhaltige Beschichtung einen hohen Reflexionsgrad, so kein zusätzlicher Spiegel bzw.
zusätzliche reflektierende Elemente benötigt werden.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Konverter- Kühlkörperverbundes kann auf organische Haftvermittler wie beispielsweise Kleber auf Epoxid- oder Silikonbasis verzichtet werden. Somit können verglichen mit dem Stand der Technik höhere Wärmeleitfähigkeiten und Lebensdauern erzielt werden.
Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei der metallhaltigen Beschichtung um eine silberhaltige
Beschichtung. Auf Grund seiner guten Wärmeleitfähigkeit, der leichten Verarbeitbarkeit ist die Verwendung einer silberhaltigen Beschichtung besonders vorteilhaft. Zudem kann somit eine Beschichtung erhalten werden, die einen hohen Reflexionsgrad aufweist und keinen oder nur einen sehr geringen Einfluss auf den Farbort des Nutzlichtes ausübt. Bevorzugt weist die Beschichtung dabei einen
Silbergehalt von mindestens 90 Gew.-%, besonders bevorzugt von mindestens 95 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt von über 98 Gew.-% auf. In einer weiteren Ausführungsform liegt die Schichtdicke der metallhaltigen Beschichtung im Bereich von 50 nm bis 30 μτ, bevorzugt 2 bis 20 μιη und besonders bevorzugt 8 bis
Insbesondere handelt es sich bei der metallhaltigen
Beschichtung um eine gesinterte Beschichtung.
In einer Weiterbildung der Erfindung enthält die
metallhaltige Beschichtung zusätzlich Glas. Insbesondere liegt die Glasübergangstemperatur Tg bzw. des verwendeten Glases im Bereich von 300 bis 600°C, bevorzugt im Bereich von 400 bis 560°C. Dies gewährleistet, dass im Zuge des Metallisierungsprozesses, umfassend die Schritte c) und e) (Beschichtung + Sintervorgang) der Glasbestandteil
aufschmilzt. Hierdurch kann insbesondere die Benetzung der Konverteroberfläche an den entsprechenden Grenzflächen zur metallhaltigen Beschichtung sowie die Ausbildung einer weitgehend homogenen Silberschicht durch den Sintervorgang verbessert werden. Dies wirkt sich wiederum positiv auf die thermischen und optischen Eigenschaften des Konverter- Kühlkörperverbundes aus. Der Glasgehalt beträgt bevorzugt 0,2 bis 5 Gew.-%. Zudem ergibt sich durch die Verwendung einer metallhaltigen Beschichtung, die zusätzlich Glasbestandteile aufweist die Möglichkeit, die optische Reflexion an der Glas-Konverter- Grenzfläche auszunutzen und somit den Reflexionsgrad der metallhaltigen Beschichtung zu erhöhen. Als besonders vorteilhaft hat sich hier die Verwendung von Gläsern mit einem Brechungsindex nD2o im Bereich von 1,4 bis 2,0, insbesondere durch Verwendung von Gläsern mit einem
Brechungsindex nD2o im Bereich von 1,4 bis 1,6
herausgestellt. Die letzteren Gläser weisen eine relativ hohe Brechungsindex-Differenz zum Konverter auf, so dass der Reflexionsbeitrag erhöht werden kann. Eine Ausführungsform der Weiterbildung sieht daher vor, dass der Glasbestandteil der metallhaltigen Beschichtung ein ZnO-, ein SO3- oder ein silikatbasiertes Glas umfasst, da diese sowohl vorteilhafte Glasübergangstemperaturen als auch geeignete Brechungsindizes aufweisen.
Die Verwendung von PbO- und Bi2C>3-reichen Gläsern ist ebenfalls möglich.
Besonders bevorzugt wird als Glas ein silikatbasiertes Glas, insbesondere ein Glas mit einem S1O2 Gehalt größer als 25 Gew.-% verwendet. Entsprechende Gläser sind auch unter den Bedingungen des Herstellungsprozesses,
beispielsweise beim Einbrand der metallhaltigen
Beschichtung gegenüber Redoxreaktionen unter Beteiligung des Metalls, welche zu metallischen Ausscheidungen führen können inert oder zumindest weitgehend inert, so dass das Glas in der metallhaltigen Beschichtung hochtransparent ist. Dies ermöglicht eine optimale Ausnutzung der Reflexion an der Glas-Metall-Grenzfläche.
Durch Variation des SiC>2-Anteils kann die Lötbarkeit der Gläser und somit der metallhaltigen Beschichtung mit entsprechenden Glasanteilen eingestellt werden. So sinkt die Benetzung des Lotes mit steigendem Si02_Anteil.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform enthält die
Lotverbindung zwischen metallhaltiger Beschichtung und Kühlkörper Anteile eines zinnhaltigen, bleifreien Lotes. Dies gewährleistet eine gute thermische wie auch
ausreichend mechanisch stabile Anbindung der metallhaltigen Beschichtung bzw. des beschichteten Konverters an den
Kühlkörper .
In einer Ausführungsform der Erfindung weist der Kühlkörper eine Wärmeleitfähigkeit > 300 W/mK. Bevorzugt enthält der Kühlkörper Kupfer oder ein kupferhaltiges Material. Somit weist der Kühlkörper neben einem geringen thermischen
Widerstand eine gute Lötbarkeit auf. Gemäß einer
Weiterbildung wird der Kühlkörper aus einem Verbundmaterial aus einem kupferhaltigen Kern und einer darauf
aufgebrachten Beschichtung, insbesondere einer "chemisch Gold-Nickel" Beschichtung gebildet. Durch die Beschichtung können somit Korrosionseffekte durch Umwelteinflüsse minimiert werden.
Die Wärmeleitfähigkeit der Anbindung des Konverters an den Kühlkörper kann des Weiteren an Hand der
Farbortverschiebung als Funktion der eingestrahlten
Leistung der Primärlichtquelle betrachtet werden. Bei geringer Wärmeleitung heizt sich der Konverter bei relativ geringer eingestrahlter Leistung bereits so stark auf, dass die Konversionseffizienz abnimmt, so dass die Intensität des gemessenen Farbortes abnimmt. Weist das Gesamtsystem jedoch eine hohe Wärmeleitung bzw. einen geringen
thermischen Widerstand auf, so bleibt die Intensität des gemessenen Farbortes weitgehend konstant. Die Güte der Wärmeleitung kann somit auch durch die Kennzahl
FOMWärmeleitung= Cyi - Cy2 definiert werden, wobei als cyi ermittelte Farbort des erfindungsgemäßen Konverter-Kühlkörper-Verbundes bei einer eingestrahlten Leistung Pi und als cy2 der ermittelte
Farbort des Konverter-Kühlkörper-Verbundes bei einer
Leistung P2 angenommen wurde, wobei für die eingestrahlten Leistungen Pi und P2 gilt, dass Pi << P2 ist. P2 ist die beim Betrieb der Konvertereinheit verwendete Leistung, Pi ist eine um mindestens den Faktor 7 geringere Leistung, bei der noch kein nennenswertes thermisches Quenching auftritt.
Bevorzugt beträgt der Wert für die FOMWärmeieitung höchstens 0.04, besonders bevorzugt höchstens 0.02.
Der Kühlkörper kann mit einer Wärmesenke verbunden sein oder als Wärmesenke ausgestaltet sein.
Der Konverter-Kühlkörperverbund kann sowohl in Transmission als auch in Remission betrieben werden.
Bei Ausführungsformen, in denen der Konverter in
Transmission betrieben wird ist die metallhaltige
Beschichtung auf dem Konverter lateral strukturiert, d.h. lediglich Teilbereiche der Konverteroberfläche sind mit der metallhaltige Beschichtung versehen. Insbesondere die Oberflächen des Konverters, die sich im Strahlengang der Primärlichtquelle befinden, weisen keine metallhaltige Beschichtung auf.
In einer anderen Ausführungsform wird der Konverter- Kühlkörperverbund in Remission betrieben. Hierbei ist bzw. sind insbesondere die von der Primärlichtquelle abgewandte Seite bzw. Seiten des Konverters mit der metallhaltigen Beschichtung versehen, so dass das Licht reflektiert wird.
In einer anderen Ausführungsform sind auch die
Seitenflächen des Konverters mit dem metallischen Reflekto versehen, so dass einerseits Licht, das auf die
Seitenflächen trifft, in den Konverter zurückreflektiert wird und andererseits die entstehende Wärme auch über die Seitenflächen abgeführt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform weist der der Konverter- Kühlkörperverbund bei einer quadratischen Konverterfläche von 5.2mm x 5.2mm, bei einer Konverterdicke von 200ym und bei gleichmäßigem Wärmeeintrag über diese Fläche einen thermischen Widerstand < 3 K/W, bevorzugt < 2 K/W und besonders bevorzugt < 1.5 K/W auf.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundes umfassend einen keramischen Konverter, eine metallhaltige, reflektierende Beschichtung zur Wärmeableitung sowie einen mit der metallhaltigen Beschichtung über eine Lotverbindung verbundenen Kühlkörpe als ein weiteres Element zur Wärmeableitung. Das
erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei zumindest die Verfahrensschritte a) bis f) . In Schritt a) wird zunächst ein keramischer Konverter mit zumindest einer polierten Oberfläche bereitgestellt. Die hohe Temperaturstabilität des keramischen
Konvertermaterials ermöglicht dabei neben der Verwendung von Primärlichtquellen mit hohen Leuchtdichten (z.B.
Halbleiterlaser) auch hohe Prozesstemperaturen in den nachfolgenden Verfahrensschritten .
Schritt b) beinhaltet die Bereitstellung einer
metallhaltigen Paste. Die metallhaltige Paste umfasst ein Metallpulver in einem organischen Anpastmedium.
Insbesondere handelt es sich bei den verwendeten
organischen Anpastmedien um ein Rheologieadditiv, das eine Lösung von Harzen und organischen Additiven in einem
Lösemittelgemisch darstellt und/oder IR-trockenbar ist (z.B. Johnson Matthey 650-63 IR Medium Oil-based, Okuno 5000) .Mit Hilfe des Anpastmediums wird die Rheologie der Paste eingestellt, so dass die Paste beispielsweise
druckfähig ist.
Das Metallpulver enthält bevorzugt zumindest ein Metall aus der Gruppe mit den Elementen Silber, Gold und Platin oder Legierungen hiervon. Insbesondere wird Silberpulver
verwendet. Dies ist besonders vorteilhaft, da Silber sowohl eine hohe Wärmeleitfähigkeit als auch eine hohe
Reflektivität aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform enthält die in Schritt b) bereit gestellte Metallpaste einen Silberanteil von 70 bis 90 Gew.-%, bevorzugt 80 bis 85 Gew.-%. Der Anteil an organischen Anpastmedium beträgt 10 bis 30 Gew.-%,
bevorzugt 15 bis 20 Gew.-%. Nachfolgend wird die in Schritt b) erhaltene Paste
zumindest auf einen Teilbereich der polierten
Konverteroberfläche aufgebracht (Schritt c) . Bevorzugt wird die Paste durch ein Druckverfahren, insbesondere durch ein Siebdruckverfahren auf die Konverteroberfläche aufgebracht. Hierdurch ist es möglich, in überraschend einfacher Weise eine laterale Struktur der Beschichtung auf der
Konverteroberfläche zu erzeugen. So können lediglich
Teilbereiche der Konverteroberfläche bedruckt oder
ausgespart werden. Andere Druckverfahren wie beispielsweise Tampondruck oder Rolldruckverfahren sind ebenfalls möglich.
In Schritt d) wird die auf der Konverteroberfläche
aufgebrachte Paste getrocknet. Bevorzugt wird die Paste bei Temperaturen im Bereich von 150 bis 400°C, besonders bevorzugt bei Temperaturen im Bereich von 250 bis 300°C getrocknet. Hierdurch werden die im Anpastmedium
enthaltenen Lösungsmittel zumindest teilweise entfernt und die aufgebrachte Paste insbesondere vorverdichtet. Die
Trocknungszeit ist abhängig vom Lösungsmittelanteil in der aufgebrachten Paste und liegt typischerweise zwischen 5 und 30 min Im nachfolgenden Schritt e) wird die aufgebrachte Paste bei Temperaturen > 450°C eingebrannt, was zu einer guten thermischen und mechanischen Anbindung der so gebildeten Beschichtung an den Konverter führt. Die hohen
Einbrandtemperaturen bewirken zudem eine Sinterung der im Metallpulver enthaltenen Metallpartikel. Die so entstandene Sinterstruktur weist eine relativ hohe Homogenität auf und führt zu den guten Reflexionseigenschaften der so erhaltenen Beschichtung . Hierbei haben sich
Einbrandtemperaturen im Bereich von 700°C bis 1000°C als besonders vorteilhaft herausgestellt. Abhängig von der verwendeten Einbrandtemperatur und dem verwendeten Metallpulver kann gemäß einer Ausführungsform das Metallpulver weitgehend oder teilweise aufschmelzen, so dass der keramische Konverter an der Grenzfläche vom Metall benetzt wird. Gemäß weiteren Ausführungsformen sintern die in der Paste enthaltenen Metallpartikel lediglich zusammen.
Bei dem Einbrand der Paste werden die organischen
Bestandteile der aufgebrachten Paste bzw. die Reste des Anpastmediums ausgebrannt.
Der so beschichtete Konverter wird in Schritt f) an den Kühlkörper unter Ausbildung einer Lotverbindung angebunden. Hierbei wird der Kühlkörper unter Verwendung eines Lotes an die in Schritt e) erhaltene Beschichtung unter Verwendung eines vorzugsweise zinnhaltigen, bleifreien Lotes gelötet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die in
Schritt b) bereitgestellte Paste zusätzlich einen
Glasanteil auf. Der Glasanteil führt dabei zu einer
besseren Haftung der Beschichtung auf der
Konverteroberfläche sowie zu einem verbesserten
Sinterverhalten der Metallpartikel untereinander. Der
Glasanteil beeinflusst zudem die Lötbarkeit der
metallischen Beschichtung.
Gemäß einer zusätzlichen Weiterbildung der Erfindung kann der metallische Reflektor mehrfach aufgebracht werden. Dazu wird entweder nach dem Trocknen der Paste (Schritt d) oder nach dem Einbrand der Paste (Schritt e) erneut Paste aufgebracht (Schritt c) und wie beschrieben
weiterprozessiert .
In einer Ausführungsform beträgt der Glasanteil 0,05 bis 8 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 6 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,2 bis 5 Gew.-% beträgt. Dieser Glasanteil hat sich als vorteilhaft herausgestellt, da zum einen der Glasanteil ausreicht, um die Haftung der Beschichtung an der
Oberfläche des Konverters zu erhöhen, andererseits jedoch noch eine gute Lötbarkeit der Beschichtung gewährleistet.
Als vorteilhaft hat sich hierbei die Verwendung von
Glaspulvern mit einer Korngrößenkennzahl D50 im Bereich von
1 bis 5 um herausgestellt. Dies gewährleistet eine homogene Verteilung der Glaspartikel in der Paste und somit auch eine homogene Verteilung des Glasanteils in der in Schritt e) erhaltenen Beschichtung.
Gemäß einer Ausführungsform weist das in der Paste
enthaltene Glas eine Glasübergangstemperatur Tg im Bereich von 300bis 600°C, bevorzugt im Bereich von 350 bis 560°C auf .
Bevorzugt handelt es sich bei dem in Schritt b) verwendeten Glaspulver um ein PbO-, ein B12O3-, ein ZnO-, ein SO3- oder ein silikatbasiertes Glas. Diese Gläser haben sich in
Hinblick auf deren Erweichungstemperaturen bzw. deren
Brechwerte als besonders vorteilhaft herausgestellt. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt b) ein silikatbasiertes Glas, insbesondere ein Glas mit einem S1O2 Gehalt von mindestens 25 Gew.-% verwendet. Entsprechende Gläser weisen neben vorteilhaften Brechwerten und Erweichungstemperaturen zudem auch unter den
erfindungsgemäßen Einbrandbedingungen (Schritt e) ) eine hohe Resistenz gegenüber Redoxvorgängen unter Beteiligung des Metalls und/oder des keramischen Konverters auf. Der erfindungsgemäße Konverter-Kühlkörperverbund kann insbesondere für Laserheadlights sowie Scheinwerfer, insbesondere Scheinwerfer für Bühnenbeleuchtung verwendet werden. Ein weiteres Einsatzgebiet stellen Projektoren dar. Hierbei kann es sich sowohl um Projektoren handeln, die Bilder in abwechselnde Richtungen projizieren (spinning projectors), als auch um Projektoren, die die Bilder nur in eine Richtung projizieren (statisch). Ferner kann der
Konverter-Kühlkörperverbund für Lichtquellen in der
optischen Messtechnik verwendet werden.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand der Figuren 1 bis 14 sowie Hand von Ausführungsbeispielen beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines geklebten
Konverter-Kühlkörper-Verbundes in Remissionsanordnung, Fig. 2 eine schematische Darstellung einer ersten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Konverter-Kühlkörper- Verbundes in Remissionsanordnung, Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zweiten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Konverter-Kühlkörper- Verbundes in Transmissionsanordnung,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer dritten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Konverter-Kühlkörper- Verbundes in Transmissionsanordnung,
Fig. 5 einen graphischen Vergleich der Temperatur- und Leistungsstabilität eines geklebten Konverter-Kühlkörper- Verbundes (Fig. 5a) und eines erfindungsgemäßen Konverter- Kühlkörper-Verbundes (Fig. 5b),
Fig. 6a und Fig. 6b einen graphischen Vergleich der
Farborte (Fig. 6a) bzw. des Sekundärlichtstroms (Fig 6b) eines erfindungsgemäß beschichteten Konverters mit
entsprechenden unbeschichteten Konvertern mit bzw. ohne Alanodspiegel ,
Fig. 7 und Fig. 8 SEM-Querschnittsaufnahmen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung, die sich im Glasgehalt der metallhaltigen Beschichtung unterscheiden,
Fig. 9 graphische Darstellungen von Reflexionsmessungen verschiedener Ausführungsformen der metallhaltigen
Beschichtungen auf transparenten Glaskeramiksubstraten, Fig. 10 eine graphische Darstellung der Brechungsindizes sowie Erweichungstemperaturen verschiedener Gläser
Fig. 11 die schematische Versuchsanordnung zur Ermittlung des Wärmeübertragungskoeffizienten WÜK,
Fig. 12 eine schematische Anordnung der Messwiderstände bei der Ermittlung des Wärmeübertragungskoeffizienten WÜK sowie Fig. 13 und 14 Darstellungen der über den Farbort bewertete Güte verschiedener Ausführungsformen von Konvertern mit metallischer Beschichtung .
Fig. 1 zeigt die schematische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Konverter-Kühlkörperverbundes in Remissionsanordnung. Der Konverter 2 ist hierbei auf der von der Primärlichtquelle 1 abgewandten bzw.
gegenüberliegenden Seite mit Hilfe einer Klebschicht 3 auf einem Spiegel 4 aufgebracht, welcher mit einem Kühlkörper 5 verbunden ist. Der Spiegel 4 gewährleistet, dass das im Konverter 2 gebildete Sekundärlicht 6 sowie nicht
absorbierte Anteile des Primärlichts 1 reflektiert werden.
In Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Konverter- Kühlkörperverbundes in Remissionsanordnung dargestellt. Hier weist der Konverter 2 auf der von der
Primärlichtquelle 1 abgewandten Seite eine metallhaltige Beschichtung 7 auf. Metallhaltige Beschichtung 7 und
Kühlkörper 5 sind über eine Lotverbindung 8 miteinander verbunden. Die metallhaltige Beschichtung 7 ist dabei reflektierend und ersetzt somit den in Fig. 1 gezeigten Spiegel 4.
Die Figuren 3 und 4 zeigen den Aufbau zweier
Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Konverter- Kühlkörperverbundes in Transmissionsanordnungen. Die metallhaltige Beschichtung 7 ist hierbei auf der
Konverteroberfläche lateral strukturiert, wobei
insbesondere im Strahlengang keine metallhaltige
Beschichtung 7 aufgebracht ist.
In der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform weist die auf dem Konverter 2 aufgebrachte metallhaltige Beschichtung 7 Teilbereiche auf, die nicht über eine Lotverbindung 8 mit dem Kühlkörper 5 verbunden sind, beispielsweise auf der
Seite der Konverters, die der Primärlichtquelle zugewandt ist. Die metallhaltige Beschichtung 7 verhindert hierbei ein Austreten der Sekundärstrahlung 6 an den Seitenflächen des Konverters 2, in dem sie die Strahlung reflektiert. Zudem führt die in Fig. 3 dargestellte laterale
Strukturierung der metallhaltigen Beschichtung 7 zu einer hohen und homogenen Wärmeableitung.
Fig. 4 zeigt die schematische Darstellung einer
Ausführungsform in Transmission, bei der der Konverter 2 kegelförmig ausgebildet ist. Die Seitenflächen des Kegels sind mit der metallhaltigen Beschichtung versehen, welche wiederum durch die Lotverbindung 8 an den Kühlkörper angebunden ist.
In den Fig. 5a und 5b ist die Farbortverschiebung des Konverters als Funktion der eingestrahlten Laserleistung bei verschiedenen Temperaturen dargestellt. Fig. 5a zeigt dabei die Temperatur-Leistungs-Kennlinie eines
konventionellen Konverter-Kühlkörperverbundes wie in Fig. 1 dargestellt, Fig. 5b die Temperatur-Leistungskennlinie einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Konverter- Kühlkörperverbundes gemäß Fig. 2. Die jeweils verwendeten Konverter weisen dabei die gleiche Zusammensetzung und Dicke auf. Die Farbortverschiebung als Funktion der auf einen kleinen Anregungsfleck eingestrahlten Laserleistung kann dabei zur Bewertung der Wärmeleitfähigkeit herangezogen werden. Bei geringer Wärmeleitung heizt sich der Konverter bei relativ geringer Laserleistung bereits so stark auf, dass die
Konversionseffizienz abnimmt und der gemessene Farbort abnimmt. Bei verbesserter Wärmeleitfähigkeit bleibt der Farbort bei höheren Laserleistungen noch auf hohem Niveau.
Dieser Unterschied ist in den Figuren 5a und 5b im
Vergleich eines geklebten Konverters (auf Spiegel, der wiederum mit Wärmeleitpaste an den Kühlkörper angebunden ist) mit der erfindungsgemäßen gelöteten Variante
erkennbar: Vergleicht man das Verhalten bei jeweils
gleicher Temperatur der Wärmesenke (85°C oder 120°), so findet der Abfall des Farbortes (und damit der
Konversionseffizienz) der erfindungsgemäßen Variante erst bei deutlich höheren Laserleistungen statt als bei der geklebten Variante. Bei einer Temperatur der Wärmesenke von 85°C wird bei der geklebten Variante ein Farbortshift von Dcy>0.02 bei einem Laserstrom von etwa 1000mA erreicht, während der Farbortshift bei der erfindungsgemäßen Lösung auch beim maximal realisierbaren Laserstrom vom 1400mA noch Dcy<0.02 beträgt. Bei einer Temperatur der Wärmesenke von 120°C wird bei der geklebten Variante ein Farbortshift von Dcy>0.02 bereits bei einem Laserstrom von etwa 820mA erreicht, während dies bei der erfindungsgemäßen Variante erst bei 1200 mA der Fall ist.
Tabelle 1 zeigt die Abschätzung des thermischen
Widerstandes eines konventionellen Konverter- Kühlkörperverbundes gemäß Fig. 1 und einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Konverter-Kühlkörperverbundes gemäß Fig. 2. bei homogenem Wärmeeintrag.
Figure imgf000028_0001
Tabelle 1 : Abschätzung des thermischen Widerstands für eine
Konverteranwendung nach Stand der Technik und für die erfindungsgemäße Lösung.
Fig. 6 zeigt einen Vergleich der Farborte (Fig. 6a) bzw. des Sekundärlichtstroms (Fig 6b) von Konverter- Kühlkörperverbünden mit und ohne Reflektor bzw.
metallhaltiger, reflektierender Beschichtung . Die Bewertung der Reflexionseigenschaften eines
Pastenreflektors an der internen Keramik-Reflektor- Grenzfläche ist nicht trivial da es sich bei der Keramik um ein transluzentes Medium mit hoher Brechzahl und leicht poröser Oberfläche handelt. Man kann also nicht davon ausgehen, dass die Bewertung auf einem transparenten
Substrat ähnlicher Brechzahl (z.B. Sapphir oder Cleartrans- Glaskeramik) repräsentativ ist. Fig. 6a zeigt eine eine Bewertung über den Farbortshift, der durch den Reflektor hervorgerufen wird: Wird der
Konverter mit blauem Licht (z.B. eine Wellenlänge von
450nm) bestrahlt, so wird dieses ganz oder teilweise absorbiert und in z.B. gelbes Sekundärlicht umgewandelt. Dieses Licht wird im Konverter isotrop ausgestrahlt. Da der Konverter die Sekundärstrahlung nicht oder kaum absorbiert, erreicht ein nennenswerter Teil die Rückseite des
Konverters. Ist dort ein Reflektor vorhanden, wird dieses Licht in Abstrahlrichtung zurückgelenkt und trägt - ggf. nach mehreren Streu- und Reflexionsvorgängen - zum
Nutzlichtstrom bei, der einen bestimmten Farbort aufweist. Ist der Reflexionsgrad dieses Rückseitenreflektors geringer als 100% oder gar nicht vorhanden, so wird der gelbe
Lichtanteil im Nutzlicht reduziert und der Farbort
verschiebt sich in Richtung des blauen Lichts. Die
Farbortverschiebung im Farbortdiagramm (z.B. CIE1931/20- Beobachter) ist also ein Maß für die Güte des Reflektors. Für eine zuverlässige Bewertung sollte der der Konverter so dick bemessen bzw. ausreichend mit fluoreszenzaktiven
Zentren dotiert sein, dass alles blaue Licht über die
Konverterdicke absorbiert wird. Doch auch wenn der
Reflektor auch noch Anteile des blauen Lichts reflektiert, ist der Farbortshift ein geeignetes Maß. Der Vorteil der Bewertung über den Farbortshift besteht darin, dass der bei geringen Leistungen gemessene Farbort eine von der
Anregungsleistung unabhängige, messtechnisch gut
zugängliche Größe ist. Sie ist allerdings nur für Konverter geeignet, die ausreichende Anteile des Anregungslichts remittieren .
In Fig. 6a sind die in Remission gemessenen Farborte eines mit blauem Laserlicht der Wellenlänge 450nm bestrahlten, 200ym dicken Konverters dargestellt, der einmal auf einem sehr hoch reflektierenden Metallspiegel liegt (Alanod Miro Silver) und einmal auf einer schwarzen Unterlage liegt. Diese Farborte stellen die Referenzfarborte für den Fall eines hochreflektierenden Spiegels und eines nicht
vorhandenen Spiegels im Sinne der FOM_CIE-cx dar. Der an einem identischen Konverter mit metallischer Beschichtung gemessene Farbort liegt zwischen den beiden Referenzwerten. Die aus den Farbortdaten berechnete FOM_CIE-cx liegt bei 66% .
Die metallhaltige Beschichtung zeigt also eine deutlich gesteigerte Reflexion im Vergleich zum schwarzem
Untergrund, sie ist aber nicht so hoch reflektierend wie der Alanod Referenzspiegel. Jedoch weist der Konverter- Kühlkörperverbund eine wesentlich bessere thermische
Anbindung auf.
Fig. 6b zeigt eine alternative Bewertungsmöglichkeit der metallischen Beschichtung über den Sekundärlicht- Lichtstrom. Im Beispiel wurde die Messung mit einer
Leuchtdichtekamera durchgeführt, bei welcher über eine Kameraoptik der von einem Messfleck auf der
Konverteroberfläche in einen bestimmten Raumwinkel
emittierte Lichtstrom von einem Spektralphotometer erfasst wird. Über das erfasste Spektrum erfolgt dann die
rechnerische Separation von Sekundärlichtanteil und
Anregungslicht, so dass die Eingangsgrößen für die
Berechnung der FOM_Sekundärlichtstrom erfasst werden können. Im Beispiel beträgt die FOM_Sekundärlichtstrom 59%. Bei der Messung der Eingangsgrößen ist insbesondere auf jeweils gleiche Anregungsleistung zu achten. Es sind auch Messaufbauten denkbar, bei denen die Trennung von Sekundärlichtanteil und Anregungslicht über Filter erfolgt oder in denen der Lichtstrom oder ein Lichtstromanteil in anderen Messkonfigurationen erfasst wird.
Fig. 7 zeigt SEM-Querschnittsaufnahmen (FIB-Schnitte) keramischer Konverters 9 mit gesinterten silberhaltigen Beschichtungen 10. Die Dicke der Beschichtung 10 beträgt 9 (Fig. 7a) bzw. 11 um (Fig. 7b) . Dabei unterscheiden sich die Beschichtungen in den Fig. 7a und 7b durch den
Glasanteil in der Beschichtung unterscheiden. So ist in der in Fig. 7a gezeigten Beschichtung 10 kein Glas enthalten während der Glasanteil in der Paste der Fig. 7b 0,5 Gew-% beträgt. Anhand des Orientierungskontrastes ist die
ursprüngliche Kornstruktur der Paste zu erkennen. Die
Beschichtung weist eine Sinterstruktur auf, wobei die vor dem Einbrand vorhandenen Metallpartikel weitgehend zusammen gesintert wurden, so dass die Beschichtung eine relativ hohe Homogenität aufweist. Die vorwiegend an der
Grenzfläche 11 zwischen silberhaltiger Beschichtung und keramischen Konverter auftretenden Hohlräume 12 bzw. sog. Voids sind dabei prozessbedingt. In Fig. 7a ist eine Si02-Wolfram Schicht 16 erkennbar, die vor der Querschnittspräparation durch FIB aufgebracht wird, um die Qualität der Querschnittsaufnahme zu verbessern, die aber nicht Teil des metallischen Reflektors ist.
Die Fig. 8a bis 8c zeigen ebenfalls SEM- Querschnittsaufnahmen (FIB-Schnitt ) eines keramischen
Konverters 9 mit einer silberhaltigen Beschichtung 10, wobei sich die Beschichtungen in den Fig. 8a bis 8c durch den Glasanteil in der Beschichtung unterscheiden. So ist in der in Fig. 8a gezeigten Beschichtung 10 kein Glas
enthalten während der Glasanteil in der Paste der Figuren 8b und 8c 0,5 Gew.-% bzw. 1,5 Gew.-% beträgt. Die glashaltigen Beschichtungen (Fig. 7b, 8b, 8c) zeigen dabei einen vollflächigeren Kontakt an der Grenzfläche zwischen Beschichtung und Konverteroberfläche als die glasfreie Beschichtung (Fig. 7a und 8a) . Der Glasanteil führt somit zu einer verbesserten Anhaftung der
Beschichtung an der Konverteroberfläche. Dies ist auch an Hand der Glaszwickel 13 erkennbar, welche sich bei den glashaltigen Beschichtungen ausbilden. Als
Präparationsartefakt scheidet sich in den Hohlräumen
(bedingt durch die Präparation des Querschnitts per
Ionenstrahlätzen) noch eine Schicht ab, die durch den
Materialkontrast heller erscheint als das Glas (s. z.B. Fig 8c am rechten Rand des Bildes, wo diese Schicht auf einem Glaszwickel liegt oder in Fig. 8a, wo eine feine Schicht an den Innenwänden der Hohlräume der silberhaltigen Schicht erkennbar ist) . Zusätzlich bewirkt der Glasanteil ein besseres Sintern der Metallpartikel untereinander.
Fig. 9 zeigt die normierten Reflexionsspektren
verschiedener Ausführungsformen der erfindungsgemäßen metallhaltigen Beschichtungen auf transparenten
Glaskeramiksubstraten sowie entsprechender Referenzproben.
Die Bewertung des Pastenreflektors auf einem keramischen Konverter ist schwierig, da der keramische Konverter nicht transparent ist. Daher wurden verschiedene silberhaltige Beschichtungen, die sich in Hinblick auf den Glasgehalt bzw. die verwendete Glaszusammensetzung unterscheiden, auf einem transparenten Glaskeramiksubstrat (Cleartrans) aufgebracht und dann durch das Substrat hindurch auf Ihre Reflexionseigenschaften hin untersucht. Dazu wurden die Remission der Proben im Spektralphotometer Lambda 950 gemessen. Als Referenzmessungen wurde einmal als 100%- Referenz eine Probe gemessen, bei der ein
hochreflektierender Alanod-Silberspiegel hinter einem nicht bedruckten Cleartrans-Substrat angeordnet war (Ref_HR) und einmal als Nullreferenz ein blankes, nicht bedrucktes Cleartrans-Substrat (Ref 0R) gemessen. Die Normierung der Spektren erfolgte für jede Wellenlänge nach der Vorschrift
_ R(Messprobe~) - R(R efas) Die Messungen zeigen, dass bei den verwendeten Ausführungsbeispielen Reflexionsgrade von über 83% (bezogen auf die Reflexion eines Silberspiegels) erreicht werden können. Die Reflexionsgrade sind dabei abhängig vom
Glasgehalt sowie von der Zusammensetzung und somit dem Brechwert des verwendeten Glases.
Ausführungsbeispiel 1 enthält kein Glas, während die
Beschichtungen der Ausführungsbeispiele 2 und 3 0,5 Gew.-% bzw. 1,5 Gew.-% (bezogen auf die in Schritt b)
bereitgestellte Paste, d.h. vor dem Einbrand) eines silikatischen Glases enthalten. Ausführungsbeispiel D enthält Bi2<03-basiertes Glas und weist auf Grund des
Brechwertes des Glases und eventuell auftretender
Redoxreaktionen an der Grenzfläche eine wesentlich
geringere Reflexion auf.
Fig. 10 zeigt graphisch den Zusammenhang zwischen
Brechungsindex und Erweichungstemperatur verschiedener Glassorten, die in den nachfolgenden Ausführungsbespielen verwendet wurden.
Tabelle 2 zeigt verschiedene Ausführungsbeispiele A bis I, die sich in Hinblick auf die verwendete Glassorte sowie den Glasgehalt unterscheiden. Die angegebenen Gewichtsanteile beziehen sich dabei auf die in Verfahrensschritt b) bereitgestellte Paste. Der nicht aufgeführte Rest der Zusammensetzung beinhaltet dabei das organische
Anpastmedium.
Nr Glasbestandteil Tg (°C) Glasanteil Silberanteil
(Gew. -%) (Gew. -%) A Kein 0 85%
B SI02A 549 0,2% 85%
Si02-reich
C SI02A 549 0,5% 84%
Si02-reich
D SI02A 549 1,5% 82%
Si02-reich
E SI02B 433 0,5% 84%
Si02-reich
F BI203A 365 5, 0% 84%
Bi203-reich
G ZNOPA 455 2, 6% 83%
ZnO/P205-reich
H ZNOBA 476 1, 9% 83%
ZnO:B203-reich
I S03A 343 1,7% 83%
S03-reich
Tabelle 2: Details c er Ausführungsbeispiele mit Angaben
Glaspulverbestandteil und der Zusammensetzung der Paste
Nachfolgend sind die Glaszusammensetzungen (in Gew-%) der Ausführungsbeispiele A bis I aufgeführt:
SI02A, Si02-reich
Si02 31, 1
AI203 8,8
B203 23, 0
Na20 8,2
CaO 17, 6
ZnO 11,3 SI02B, Si02-reich
Si02 56, 01
AI203 5, 28
B203 3, 96
Li20 18,89
BaO 11,89
ZnO 3, 96
BI203A, Bi203-reich
Bi203 Si02 A1203 B203 ZnO
80,7 1,2 0,8 6,2 11,1
ZNOPA, ZnO/P205-reich
Figure imgf000036_0001
ZNOBA, ZnO:B203-reich
Si02 7,0
AI203 6,0
B203 27,0
Na20 5,0
K20 1,0
Mn02 6,0
ZnO 48,0 S03A, S03-reich
Figure imgf000037_0001
Fig. 11 zeigt den schematischen Aufbau eines komplexen Konverter-Kühlkörperverbundes mit lokalisiertem
Wärmeeintrag 1 (z.B. über einen Laserspot) in den Konverter 2. In dieser Anordnung ist ein 200 ym dicker Konverter auf der von der Primärlichtquelle 1 abgewandten Seite mit einer metallhaltigen Beschichtung 7 beschichtet , die über eine metallische Lotverbindung 8 (in Fig. 11 nicht dargestellt) an einen räumlich begrenzten Kühlkörper 5 angebunden ist. Der Kühlkörper 5 ist mit einer Wärmesenke 14 verbunden. Der Wärmefluss wird durch die Pfeile 15 dargestellt.
Die Pfeile 15 deuten die Aufweitung des Wärmeflusses im Konverter-Kühlkörperverbund an. Durch die Verwendung eines Lasers als Primärlichtquelle 1 ist der Wärmeeintrag durch den Strahlflecks (Radius ca. 200 μιη) lokal begrenzt. Bereits in der Keramik kommt es zu einer Aufweitung des
Wärmeflusses, so dass die Wärmeflussdichte bereits an der Grenzfläche zum Kühlkörper abnimmt. Im Kühlkörper kommt es zu einer weiteren Aufweitung des Wärmeflusses, so dass der WÜK zwischen Kühlkörper und eigentlicher Wärmesenke dann wegen der großen Kontaktfläche auch bei schlechtem WÜK dieser Verbindung akzeptabel sein kann.
Dementsprechend stellt der an einer solchen Anordnung ermittelte thermische Widerstand lediglich eine Gütezahl für die reale thermische Performance des Gesamtverbunds bei lokalisiertem Wärmeeintrag dar, der stark von der Dicke des Konverters und der Geometrie des Laserspots abhängig ist. Der an einer solchen Anordnung ermittelte thermische
Widerstand ist aber nicht geeignet, einen Konverter- Kühlkörper Verbund unabhängig von der Anwendung zu
bewerten .
Fig. 12 zeigt schematisch einen Aufbau, mit dem der
thermische Widerstand eines in Fig. 2 gezeigten Konverter- Kühlkörper Verbunds unabhängig von der optischen Anordnung, in der er betrieben wird, bewertet werden kann.
Um den thermischen Widerstand eines Messobjekts (z.B. eines aufgelöteten Konverters) zu bestimmen, wird dieses auf einen Cu-Träger gelötet und auf einer Seite mit einer
Wärmequelle, auf der anderen Seite mit einer Wärmesenke in Kontakt gebracht. Der Wärmefluss wird durch einen
„thermischen Messwiderstand" bestimmt.
Im Messaufbau stehen die Temperaturmesstellen T1/T2 zur Bestimmung des Wärmestroms an einem oberen Messwiderstand zur Verfügung. T5/T6 sind die Messstellen eines unteren Messwiderstands .
Dazwischen ist das Messobjekt zwischen Cu-Trägern mit den Temperaturmesstellen T3 und T4, an die Temperaturdifferenz T3-T4 ermittelt wird. Dies ist in Fig. 12 dargestellt.
Der Quotient aus Temperaturdifferenz und Wärmestrom ist der thermische Widerstand des Messobjekts. Der Kehrwert des thermischen Widerstands dividiert durch die Fläche des Messobjekts ergibt den WÜK.
Als Messobjekte werden verwendet:
Messung 1: Auf Cu-Träger (T3/T4) gelötete keramische Konverter mit der Abmessung 5.2mm x 5.2mm, die
wiederum mit Zwei-Komponenten-Kleber verbunden sind. Messung 2: Die direkt mit Zwei-Komponenten-Kleber verbundenen Cu-Träger (T3/T4).
Der thermische Widerstand eines Konverter- Kühlkörperverbundes ergibt sich in diesem Versuch aus 0.5* (thermischer Widerstand von Messung 1 - thermischer
Widerstand von Messung 2)
Der thermische Messwiderstand zur Messung des Wärmestroms ist aus Stahl 1.4841 gefertigt (Werkstoffname X 15 CrNiSi 25 20) . Er hat 10mm Durchmesser, ist 10mm lang und hat zwei Bohrungen für Thermoelemente im Abstand von 7mm. Über die Thermoelemente im Abstand von 7mm wird eine
Temperaturdifferenz gemessen, welche dann mit Hilfe des aus den Materialdaten des Stahls berechnetem thermischen
Widerstand in einen Wärmestrom umgerechnet werden kann. Der thermische Widerstand dieses „Messwiderstands" liegt je nach Temperatur des Widerstands im Bereich bis 100°C bei 7.5°C bis 10 K. Tabelle 4 zeigt die Abhängigkeit des thermischen Widerstandes des Messwiderstandes von der
Temperatur .
Figure imgf000040_0001
Tabelle 3: Abschätzung der erwarteten thermischen
Widerstände des Messwiderstandes
Figure imgf000040_0002
Tabelle 4: Wärmeleitfähigkeiten des Messwiderstandes
Asssembly Material Wärme¬ Länge DurchFläche Therm . WÜK
leit¬ oder messer [mm2] Wider[W/m*K] fähigkeit Dicke [mm] stand
[W/m*K] [mm] [K/W]
OC Optokeramik 6 0,2 5, 2x5, 2 27,04 1,23 30000
(200 ym)
geklebt
Silikon0,3 0,01 5, 2x5, 2 27,04 1,23 30000 kleber OC mit 5, 2x5, 2 27,04 2,47 15000 Silikonkleber oc Optokeramik 6 0,2 5, 2x5, 2 27,04 1,23 30000
(200 μπι)
gelötet
Ag-Pasten- 430 0,005 5, 2x5, 2 27,04 0,00 86000000 reflektor
Lötschicht 67 0,08 5, 2x5, 2 27,04 0,04 837500
OC 5, 2x5, 2 27,04 1,28 28963 aufgelötet
OC Optokeramik 6 0,05 5, 2x5, 2 27,04 0,31 120000 (50 ym)
geklebt
Silikon0,3 0,01 5, 2x5, 2 27,04 1,23 30000 kleber
OC mit 5, 2x5, 2 27,04 1, 54 240000 Silikonkleber
OC Optokeramik 6 0,05 5, 2x5, 2 27,04 0,31 1200000 (50 ym)
gelötet
Ag-Pasten- 430 0,005 5, 2x5, 2 27,04 0,00 86000000 reflektor
Lötschicht 67 0,08 5, 2x5, 2 27,04 0,04 837500
OC 5, 2x5, 2 27,04 0, 35 104961 aufgelötet
Tabelle 5: thermische Widerstände und WÜK der untersuchten Konverter-Kühlkörperverbünde
Tabelle 5 zeigt, dass bei dem bisher verwendeten
Standardsystem (keramischer Konverter mit einer Dicke von 200ym, mit Silikon verklebt) der thermische Widerstand des Konverters und der Widerstand der Silikonverklebung in etwa gleich groß sind (1.23 K/W) .
Bei dem erfindungsgemäßen Konverter-Kühlkörperverbund mit einer metallischen Lotverbindung wird der thermische
Widerstand dagegen durch den Widerstand des Konverters bestimmt, so dass sich der thermische Widerstand der
Konverterassembly durch die Lötung im Vergleich zur
geklebten Variante nahezu ha 39 Je dünner der Konverter ist, desto bestimmender wird der Unterschied in der Wärmeleitfähigkeit der
Verbindungsschicht (Silikon / Lot) selbst, da dann der Widerstand des Konverters weniger ins Gewicht fällt. Bei einem nur 50ym dicken Konverter ist der thermische
Widerstand der gelöteten Variante schon mehr als viermal kleiner als bei der geklebten Variante.
Bei einer stark lokalisierten Wärmeeinkopplung (z.B. über einen Laserspot) ist dabei zu beachten, dass nicht mehr die Gesamtfläche des Konverters zur Wärmeleitung beiträgt, sondern ein Ausschnitt, der in etwa durch die Größe des Laserspots gegeben ist. In diesem Fall wird der relative Beitrag der Keramik zum thermischen Widerstand um so größer, je kleiner der Strahlspot ist. Dies ist in Tabelle 6 dargestellt.
Material Wärme-leit- Länge DurchFläche Therm . WÜK fähigkeit oder Dicke messer [mm2] Wider[W/m*K]
[W/m*K] [mm] [mm] stand
[K/W]
Optokeramik 6 0,2 5, 2x5, 2 27,04 1,2 30000
Optokeramik 6 0,2 0,4 0, 13 265, 3 30000
(Strahlfleck D=0,4)
Optokeramik 6 0,2 0,08 416,7 30000 (Strahlfleck
F=0, 08)
Tabelle 6: Abhängigkeit des thermischen Widerstandes von der Strahlfleckgröße
In Fig. 13 ist der durch den metallischen Reflektor
hervorgerufene Farbortshift im CIE 1931 Farbraum für Pasten mit unterschiedlichen Glasbestandteilen dargestellt. In der oben rechts skizzierten Ellipse liegen die Messdaten der auf einem hochreflektierendem Alanod-Spiegel (R=98%) gemessenen Proben vor der Metallisierung (HR- Referenzmessung) . In der links darunter liegenden Ellipse liegen die Messdaten der gleichen Proben mit metallischer Beschichtung . Der Farbortshift Dcx ist exemplarisch für eine Probe dargestellt. Da die Farborte für die Dunkel- Referenzmessungen der Konverter auf dunklem Hintergrund bzw. auf einer Strahlfalle in diesem Fall nicht vorliegen, kann die FOM_CIE-cx (siehe Fig. 6) in diesem Fall nicht berechnet werden. Da es sich aber bei allen Proben um metallisierte Konverter aus identischem Material mit identischer Dicke handelt, ist Dcx in diesem Fall geeignet, die Reflektoren zu bewerten.
Deutlich ist auch, dass die Farborte der Konverter vor und nach metallischer Beschichtung nicht auf einer Geraden liegen. Der metallische Reflektor beeinflusst also nicht nur das Verhältnis zwischen Anregungslicht und
Sekundärlicht, sondern führt im Beispiel auch zu einer relativen Erhöhung roter Farbanteile und damit zu einem Versatz der Farbortgerade der mit metallischer Beschichtung versehenen Konverter nach rechts unten im CIE 1931 Farbdiagramm. Dies wird durch eine stärkere Reflexion der langwelligen Spektralanteile im Vergleich zu den
kurzwelligen Spektralanteilen des Sekundärspektrums
bewirkt, die auch in Fig. 9 zu erkennen ist. Es ist
denkbar, dass dieser Effekt bei anderen metallhaltigen Beschichtungen, die z.B. Gold enthalten, noch stärker ausgeprägt ist und zur gezielten Beeinflussung des Farborts des Konverter-Kühlkörper Verbunds genutzt werden kann. In Fig. 14 sind die aus Fig. 13 ermittelten Farbortshifts Dcx in Abhängigkeit des im metallischen Reflektor
verwendeten Glassystems dargestellt. Ein geringer
Farbortshift kennzeichnet einen guten Reflektor. Neben der Ag-Beschichtung ohne Glasanteil zeigen die auf
silikatischem Glas basierenden Reflektoren die besten
Reflexionseigenschaften .
Ausführungsbeispiel: Verbinden der metallhaltigen
Beschichtung und des Kühlkörpers durch Löten
Die Kupfer-Kühlkörper bzw. die mit einer Nickel-Gold
Schicht gegen Korrosion geschützten Kupfer Kühlkörper werden in eine Probenaufnahme gelegt, so dass die zu lötende Oberfläche waagerecht liegt und mit der
Probenaufnahme nahezu bündig abschließt. Dann wird eine
Lötschablone mit einer Dicke von 100 um aufgelegt und mit Hilfe von Justagestiften ausgerichtet. Auf die Lötschablone wird Lötpaste (Heraeus F169 SA40C5-86 D30) aufgebracht und über die Öffnungen geräkelt.
Nach Abheben der Lötschablone werden die keramischen
Konverter auf die entstanden Lötpastenfelder aufgelegt. Dann kann eine Fixierhilfe auf die Probenaufnahme
aufgesetzt werden und die gesamte Anordnung wird auf die Heizplatte gebracht. Nach Erweichen des Lots (bei 215°C) wird die gesamte Anordnung nach einer Haltezeit von 20 Sekunden von der Heizplatte genommen. Nach Abkühlen der Proben müssen diese noch von Flussmittelresten befreit werden. Das geschieht in einem Ultraschallbad in Ethanol bei 40°C und 10 Minuten Einwirkdauer. Beim Auflöten von Konvertern mit metallischem Reflektor zeigt sich, dass die Lötbarkeit stark von dem in der Paste verwendeten Glasanteil abhängt. Ag-Pasten mit silikatischem Glasanteil zeigen beispielsweise bei einem relativ hohen Glasanteil von 1,5 Gew.-% eine schlechte Benetzung beim Lötprozess. Mit geringer werdendem Glasanteil verbessert sich die Benetzung. Auch eine glasfreie Ag-Paste zeigt hervorragende Benetzung. Bei einer glasfreien Ag-Paste wird jedoch die Reflexion durch den Lötprozess
beeinträchtigt, was bereits visuell durch ein dunkleres Erscheinungsbild des aufgelöteten Konverters mit
silberhaltiger Beschichtung im Vergleich zum noch nicht aufgelöteten Konverter mit silberhaltiger Beschichtung erkennbar ist. Für den im Ausführungsbeispiel beschriebenen Lötprozess der entsprechenden Ausführungsform ist
insbesondere eine silberhaltige Beschichtung mit einem silikatischen Glasanteil von 0,5 Gew.-% vorteilhaft, da eine gute Lotbenetzung ohne Beeinträchtigung der Reflexion erreicht wird. Das Ausführungsbeispiel macht deutlich, dass die
metallische Beschichtung, das verwendete Lot und der
Lötprozesses aufeinander abgestimmt werden müssen. Bei Verwendung eines anderen Lots bzw. eines anderen
Lötprozesses sind auch andere Glasanteile denkbar, die dennoch zu eine guten Lotbenetzung ohne Einbußen beim
Reflexionsgrad ermöglichen.
Mit diesem Lötprozess hergestellte Konverter-Kühlkörper wurden 10 Tage in einem thermischen Zyklustest von -40°C bis +160°C mit zwei Zyklen pro Tag belastet, ohne dass sich bei einer von 20 getesteten Konverter-Kühlkörper Verbünden der Konverter vom Kühlkörper löste.
In einer Variante des Ausführungsbeispiels wird an Stelle der Heizplatte ein Lötofen für den Lötprozess verwendet. Hiermit können die für das Lot geforderten Aufheizkurven besser erreicht werden.
Bezugszeichenliste
1 Primärlicht
2 Konverter
3 Kleber
4 Spiegel
5 Kühlkörper
6 Sekundärlicht
7 metallhaltige Beschichtung
8 LotVerbindung
9 keramischer Konverter
10 silberhaltige Beschichtung
11 Grenzfläche
12 Poren
13 Glaszwickel
14 Wärmesenke
15 Wärmefluss
16 Si02-Wolfram Schichtstapel

Claims

Patentansprüche
1. Konverter-Kühlkörperverbund umfassend einen keramischen Konverter zur zumindest teilweisen Umwandlung von Licht einer ersten Wellenlänge in Licht einer zweiten
Wellenlänge, eine metallhaltige, reflektierende Beschichtung sowie einen Kühlkörper, wobei zumindest Teile der Oberfläche des keramischen
Konverters unmittelbar mit der metallhaltigen
Beschichtung beschichtet sind, die metallhaltige Beschichtung die Wärme aus dem
Konverter in den Kühlkörper ableitet und der Kühlkörper über eine metallische Lotverbindung mit der metallhaltigen Beschichtung verbunden ist.
2. Konverter-Kühlkörperverbund gemäß Anspruch 1, wobei der Konverter-Kühlkörperverbund einen thermischen
Wärmeübergangskoeffizienten von zumindest 25000 K/Wm2 bei einer Konverterdicke von 200 um aufweist.
3. Konverter-Kühlkörperverbund einem der vorstehenden
Ansprüche, wobei der Konverter-Kühlkörperverbund einen thermischen Widerstand < 3 K/W, bevorzugt < 2 K/W und besonders bevorzugt < 1,5 K/W aufweist. Konverter-Kühlkörperverbund gemäß einem der
vorstehenden Ansprüche, wobei die metallhaltige
Beschichtung Silber, Gold, Platin und/oder
entsprechende Legierungen enthält.
Konverter-Kühlkörperverbund gemäß einem der
vorstehenden Ansprüche, wobei die metallhaltige
Beschichtung eine silberhaltige Beschichtung ist und der Silbergehalt bevorzugt mindestens 90 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 95 Gew.-%, ganz
besonders bevorzugt mindestens 98 Gew.-% beträgt.
Konverter-Kühlkörperverbund gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die metallhaltige Beschichtung eine Schichtdicke von 50 nm bis 30 μτ, bevorzugt 2 bis 20 μιη und besonders bevorzugt 8 bis 12 μιη aufweist.
Konverter-Kühlkörperverbund gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die metallhaltige Beschichtung Glas enthält und/oder der Glasgehalt 0,05 bis 10 Gew . % , bevorzugt 0,1 bis 5 Gew.-% und besonders bevorzugt 0,2 bis 1,5 Gew.-% beträgt.
Konverter-Kühlkörperverbund gemäß Anspruch 5, wobei das Glas eine Glasübergangstemperatur im Bereich von 300 bis 600°C, bevorzugt 400 bis 560°C aufweist.
Konverter-Kühlkörperverbund gemäß einem der Ansprüche 5 und 6, wobei das Glas einen Brechungsindex nD2o im
Bereich von 1,4 bis 2,0, bevorzugt von 1,4 bis 1,6 aufweist . Konverter-Kühlkörperverbund gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Glas ein PbO-, ein B12O3-, ein ZnO-, ein SO3- oder ein silikatbasiertes Glas, bevorzugt ein silikatbasiertes Glas, besonders bevorzugt ein Glas mit einem S1O2 Gehalt > 25 Gew.-% ist.
Konverter-Kühlkörperverbund gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die metallische Lotverbindung zwischen metallhaltiger Beschichtung und Kühlkörper Anteile eines zinnhaltigen, bleifreien Lotes enthält.
Konverter-Kühlkörperverbund gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Kühlkörper eine Wärmeleitfähigkeit > 300 W/mK aufweist und/oder als Wärmesenke
ausgestaltet ist.
Konverter-Kühlkörperverbund gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Konverter in Transmission
betrieben wird und die metallhaltige Beschichtung auf dem Konverter lateral strukturiert ist.
Konverter-Kühlkörperverbund gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Konverter in Remission betrieben wird und zumindest eine von der Anregungslichtquelle
abgewandte Seite des Konverters mit der metallhaltigen Beschichtung beschichtet ist.
15. Konverter-Kühlkörperverbund gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Güte der Reflexion FOMCiE-Cxf
definiert als cx{M essprobe)— cx(RefQR)
POM. CIE— x mit cx (Messprobe) als der in Remission ermittelte, für das CIE 1931 Normfarbsystem bestimmte Farbort des mit der silberhaltigen Beschichtung versehenen Konverters, cx (RefHR) als der ermittelte Farbort des Konverters, welcher auf einem Alanod-Spiegel mit 98% Reflexionsgrad aufgelegt oder aufgebracht bestimmt wurde und mit cx(RefoR)als der ermittelte Farbort des Konverters, welcher auf einem dunklen Hintergrund bzw. einer
Lichtfalle liegend bestimmt wurde,
zumindest 40%, bevorzugt 60% beträgt.
Konverter-Kühlkörperverbund gemäß einem der
vorstehenden Ansprüche, wobei der Kühlkörper ein
Verbundmaterial, enthaltend einen kupferhaltigen Kern und eine darauf aufgebrachte Beschichtung, bevorzugt eine sog. nickel- und/oder goldhaltige Beschichtung umfasst .
Konverter-Kühlkörperverbund gemäß einem der
vorstehenden Ansprüche, wobei die metallhaltige
Beschichtung eine gesinterte Beschichtung ist.
Verfahren zur Herstellung eines Konverter- Kühlkörperverbundes umfassend einen keramischen
Konverter, eine metallhaltige, reflektierende
Beschichtung
zur Wärmeableitung
sowie einen mit der metallhaltigen Beschichtung über eine metallische Lotverbindung verbundenen Kühlkörper als ein weiteres Element zur Wärmeableitung mit zumindest den folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines keramischen Konverters mit zumindest einer polierten Oberfläche, b) Bereitstellen einer metallhaltigen Paste, enthaltend ein Metallpulver in einem organisches Anpastmedium, c) Aufbringen der metallhaltigen Paste auf zumindest einen Teilbereich der polierten Konverteroberfläche d) Trocknen der aufgebrachten Paste e) Einbrennen der aufgebrachten Paste bei Temperaturen > 450°C f) Verbinden des Kühlkörpers mit der in Schritt e) erhaltenen Beschichtung durch Löten unter Verwendung eines metallischen Lotes
Verfahren zur Herstellung eines Konverter- Kühlkörperverbundes gemäß Anspruch 18, wobei die in Schritt b) verwendete Paste Silberpulver enthält und/oder der Silbergehalt der Paste bevorzugt 70 bis 90 Gew.-%, besonders bevorzugt 80 bis 85 Gew.-% beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Konverter- Kühlkörperverbundes gemäß Anspruch 18 oder 19, wobei die in Schritt b) verwendete Paste Glaspulver,
bevorzugt ein Glaspulver mit einem D50-Wert im Bereich von 1 bis 5 um enthält.
Verfahren zur Herstellung eines Konverter- Kühlkörperverbundes gemäß Anspruch 20, wobei in Schritt b) als Glaspulver ein PbO-, ein B12O3-, ein ZnO-, ein SO3- oder ein silikatbasiertes Glas, bevorzugt ein silikatbasiertes Glas, besonders bevorzugt ein Glas mit einem S1O2 Gehalt > 25 Gew.-% verwendet wird und/oder der Glasanteil in der Paste 0,05 bis 8 Gew.-%,
bevorzugt 0,1 bis 6 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,2 bis 5 Gew.-% beträgt.
22. Verfahren zur Herstellung eines Konverter- Kühlkörperverbundes gemäß einem der Ansprüche 20 und 21, wobei das in der Paste enthaltene Glas eine
Glasübergangstemperatur Tg im Bereich von 300 bis
600°C, bevorzugt 400 bis 560°C aufweist.
23. Verfahren zur Herstellung eines Konverter- Kühlkörperverbundes gemäß einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei in Schritt c) die Paste durch ein
Druckverfahren, bevorzugt durch Siebdruck aufgebracht wird .
24. Verfahren zur Herstellung eines Konverter- Kühlkörperverbundes gemäß einem der Ansprüche 18 bis
23, wobei in Schritt d) bei einer Temperatur im Bereich von 150 bis 400°C, bevorzugt 250 bis 300°C getrocknet wird . 25. Verfahren zur Herstellung eines Konverter- Kühlkörperverbundes gemäß einem der Ansprüche 18 bis
24, wobei in Schritt e) die metallhaltige Beschichtung bei Temperaturen im Bereich von 700°C bis 1000°C eingebrannt wird.
26. Verfahren zur Herstellung eines Konverter- Kühlkörperverbundes gemäß einem der Ansprüche 18 bis 25, wobei in Schritt e) die metallhaltige Beschichtung gesintert wird.
Verfahren zur Herstellung eines Konverter- Kühlkörperverbundes gemäß einem der Ansprüche 18 bis
26. wobei das in Schritt f) verwendete Lot ein
silberhaltiges Zinnlot ist.
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